AT516643B1 - Gleichrichterschaltung - Google Patents
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Abstract
Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung (1) mit einem dreiphasigen netzseitigen Eingang (3) und einem gleichstromseitigen Ausgang (4), bei der jede der drei Phasen (U,V,W) am netzseitigen Eingang (3) jeweils mit einem Schaltelement (S1, S2, S3) zu einem ersten Polanschluss (A) einer dreipoligen Schaltung (5) zuschaltbar ist, und ein zweiter und dritter Polanschluss (B,C) der dreipoligen Schaltung (5) jeweils mit einer Ausgangsleitung (PDC,NDC) des gleichstromseitigen Ausganges (4) verbunden ist. Der erste Polanschluss (A) bildet einen Mittelpunktanschluss (M) zweier Schaltzweige zum zweiten und dritten Polanschluss (B, C), wobei die beiden Schaltzweige jeweils aus zumindest zwei in Reihe geschalteten zweipoligen Schalteinheiten (HBi) gebildet werden, von denen jeweils zumindest eine Schalteinheit (FHBi) in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen (S) ausgeführt ist, und zumindest eine Schalteinheit (hHBi) in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare steuerbare Halbleiterventile (S) ausgeführt ist, in deren Brückenzweigen jeweils ein Pufferkondensator (Cc) angeordnet ist.
Description
Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung von Halbleiterventilen, vorzugsweise einer Brückengleichrichterschaltung von Dioden, wobei die Gleichrichtanordnung einen dreiphasigen netzseitigen Eingang und einen gleichstromseitigen Ausgang aufweist, und jede der drei Phasen am netzseitigen Eingang jeweils mit einem Schaltelement zu einem ersten Polanschluss einer dreipoligen Schaltung zuschaltbar ist, und ein zweiter und dritter Polanschluss der dreipoligen Schaltung jeweils mit einer Ausgangsleitung des gleichstromseitigen Ausganges verbunden ist, und zumindest eine Drossel an einer der Ausgangsleitungen am gleichstromseitigen Ausgang angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] In der modernen Leistungselektronik sind eine Vielzahl an unterschiedlichen Ausführungsformen von passiven, aktiven und Mischformen, sogenannten hybriden Gleichrichterschaltungen bekannt. Die diversen Gleichrichterschaltungen stellen im Wesentlichen aus netzseitigen, sinusförmigen Spannungen am Eingang eine möglichst konstante Gleichspannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung bereit. Eine häufig verwendete Gleichrichtanordnung stellt die aus dem Stand der Technik, insbesondere in der Leistungselektronik, bekannte dreiphasige (Sechspuls-) Brückengleichrichtanordnung (B6 Schaltung) von Gleichrichterdioden dar. Dabei wird aus einem dreiphasigen Drehstromnetz (die sogenannte Wechselstromseite der Gleichrichterschaltung) mittels einer Brückenanordnung von Dioden nach der Brückenanordnung (die sogenannte Gleichstromseite der Gleichrichterschaltung) eine gleichgerichtete Spannung erzeugt.
[0003] Zur Reduzierung der durch die Gleichrichterschaltung entstehenden pulsförmigen Ströme am wechselspannungsseitigen Eingang des Gleichrichters und zur Glättung der Gleichrichterausgangsspannung bzw. des Gleichrichterausgangsstromes werden oft gleichspannungsseitig Induktivitäten (Drosseln) zwischen Gleichrichterausgang der Diodenbrücke und Ausgangskondensator geschalten. Bei gattungsgemäßen Gleichrichterschaltungen wird der Gleichrichterstrom durch eine Drossel, verbunden mit einem Ausgangskondensator parallel zum Ausgang, geführt, um Verzerrungen in den Netzströmen zu reduzieren, und den Verlauf des Gleichrichterstroms zu glätten und eine konstante Ausgangsspannung am Ausgang bzw. dem Ausgangskondensator zur Verfügung zu stellen.
[0004] Der netzseitige Stromverlauf einer Gleichrichterschaltung mit Schaltelementen, Induktivitäten und/oder Kapazitäten, auch im Betrieb mit passiver (ohmscher) Last oder einer weiteren elektronischen Schaltung an der Gleichspannungsseite, ist dabei in herkömmlicher Weise nicht sinusförmig. Die nicht-sinusförmigen Ströme verursachen infolge ihres Oberschwingungsgehalts und der Phasenverschiebung gegenüber der Netzgrundschwingung unerwünschte netzseitige Spannungs- bzw. Stromverzerrungen. Insbesondere bei Gleichrichterschaltungen höherer Leistung sind diese Netzrückwirkungen nicht zu vernachlässigen. Es gilt einen Pegel der quadratisch summierten Oberschwingungen im Verhältnis zur Grundschwingung der Ströme einzuhalten (THDi, steht für „Total Harmonie Distortion of currents“ bzw. „gesamte harmonische Verzerrung der Ströme“), wobei die maximalen Verzerrungen der Netzströme und Netzspannungen durch Normen vorgegeben sind.
[0005] Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Stromformen der Gleichrichterschaltung durch Hinzufügen bzw. Ableiten von Strömen, den sogenannten Injektionsströmen, beeinflusst werden können. Eine mögliche Schaltungsanordnung hierfür wird etwa in der österreichischen Patentanmeldung A 512/752 des Anmelders beschrieben, bei der jede Phase des dreiphasigen netzseitigen Einganges jeweils mit einem Schaltelement zum ersten Polanschluss einer dreipoligen Schaltung zuschaltbar ist, wobei ein zweiter und dritter Polanschluss der dreipoligen Schaltung jeweils mit einer Ausgangsleitung des gleichstromseitigen Ausganges für Steuerströme verbunden ist. Die dreipolige Schaltung weist dabei steuerbare Halbleiterventile, vorzugsweise IGBTs, zur aktiven Regelung der Steuerströme und/oder des Injektionsstroms auf. Jede einzelne Phase des Netzes kann somit mittels Schaltelement mit der dreipoligen
Schaltung verbunden werden, wobei dabei der sogenannte Injektionsstrom vom Netz entnommen wird und den Gleichrichterströmen als Steuerstrom hinzugefügt wird. Diese Schaltung ermöglicht auch den Betrieb mit veränderlichen Lasten am gleichstromseitigen Ausgang der Gleichrichterschaltung, da die Steuerströme aus der dreipoligen Schaltung mithilfe von steuerbaren Halbleiterventilen als aktive Bauelemente zur aktiven Regelung in der dreipoligen Schaltung je nach Last geregelt werden können. Passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten, wie sie in anderen bekannten Schaltungstopologien von Gleichrichterschaltungen unter der Verwendung des Injektionsprinzips eingesetzt werden, sind dazu nicht in ausreichender Form geeignet. Als aktive Bauelemente sind vorzugsweise steuerbare Halbleiterventile in Form von IGBTs mit antiparallelen Freilaufdioden vorgesehen, wobei jedoch jegliche Art von abschaltbaren Ventilen, welche zur Steuerung der Schaltzustände (z.Bsp. MOSFETs, GTOs,...) verwendet werden können. Durch geeignete Wahl des Injektionsstromes kann die Verzerrung der Netzströme somit weitestgehend vermieden und somit ein besseres THDi erreicht werden.
[0006] Die in der A 512/752 beschriebene Schaltungsanordnung, die als nächstkommender Stand der Technik für die vorliegende Erfindung erachtet wird, bedarf jedoch eines erhöhten schaltungstechnischen Aufwandes und verfügt aufgrund der hohen Sperrspannung über begrenzte Eignung für den Einsatz im Mittelspannungsbereich.
[0007] Es ist daher das Ziel dieser Erfindung bei einer Gleichrichterschaltung der gattungsgemäßen Art eine möglichst optimale Gleichrichtung bei gleichzeitiger Vermeidung der Netzverzerrungen zu erreichen, die flexibel konfigurierbar ist und somit reduzierten Schaltungsaufwand ermöglicht, wobei sie insbesondere gute Anwendbarkeit auch im Mittelspannungsbereich bieten soll.
[0008] Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung von Halbleiterventilen, vorzugsweise einer Brückengleichrichterschaltung von Dioden, wobei die Gleichrichtanordnung einen dreiphasigen netzseitigen Eingang und einen gleichstromseitigen Ausgang aufweist, und jede der drei Phasen am netzseitigen Eingang jeweils mit einem Schaltelement zu einem ersten Polanschluss einer dreipoligen Schaltung zuschaltbar ist, und ein zweiter und dritter Polanschluss der dreipoligen Schaltung jeweils mit einer Ausgangsleitung des gleichstromseitigen Ausganges verbunden ist, und zumindest eine Drossel an einer der Ausgangsleitungen am gleichstromseitigen Ausgang angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird hierbei vorgeschlagen, dass der erste Polanschluss einen Mittelpunktanschluss zweier Schaltzweige zum zweiten und dritten Polanschluss bildet, wobei die beiden Schaltzweige jeweils aus zumindest zwei in Reihe geschalteten zweipoligen Schalteinheiten sowie einer zu den Schalteinheiten in Reihe geschalteten Induktivität gebildet werden, von denen jeweils zumindest eine Schalteinheit in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ein Pufferkondensator angeordnet ist, und zumindest eine Schalteinheit in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ein Pufferkondensator angeordnet ist. Die als Halbbrücken ausgeführten Schalteinheiten weisen somit jeweils einen Pufferkondensator auf, dem eine Reihenschaltung zweier steuerbarer Halbleiterventile elektrisch parallel geschalten ist, und ein Anschluss des Speicherkondensators und ein Verbindungspunkt der beiden Halbleiterventile jeweils die Anschlüsse der zweipoligen Schalteinheit bilden. Als aktive Bauelemente sind vorzugsweise steuerbare Halbleiterventile in Form von IGBTs mit antiparallelen Freilaufdioden vorgesehen, wobei jedoch jegliche Art von abschaltbaren Ventilen, welche zur Steuerung der Schaltzustände (z.Bsp. MOSFETs, GTOs,...) verwendet werden können. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird der Begriff steuerbare Halbleiterventile stellvertretend für alle steuerbaren Schaltelemente verwendet.
[0009] Erfindungsgemäß können somit je nach Bedarf eine unterschiedliche Anzahl der Schalteinheiten in Reihe geschalten werden, um die den Ausgangsleitungen des gleichstromseitigen Ausganges zugeführten Steuerströme auf gewünschte Weise zu formen. Eine durch die Gleichrichtanordnung entstehende Spannung mit wechselförmigen Anteilen kann an der Drossel abfallen, wobei eine gleichgerichtete Spannung am Ausgang verbleibt und der Last zugeführt werden kann. Insbesondere können herkömmliche Gleichrichterschaltungen mit Drossel und Ausgangskondensator mittels der dreipoligen Schaltung einfach erweitert werden. Die zumindest eine als Vollbrücke ausgeführte Schalteinheit dient dazu, auch negative Spannungen zu ermöglichen um Stromverzerrungen zu vermeiden, wobei in der Regel lediglich eine als Vollbrücke ausgeführte Schalteinheit ausreichend ist. Daher wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch vorgeschlagen, dass in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen vorgesehen ist, sowie mehrere Schalteinheiten in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile.
[0010] Eine besonders einfache Schaltungsanordnung mit niedrigem Schaltungsaufwand kann verwirklicht werden, indem in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen vorgesehen ist, sowie genau eine Schalteinheit in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile.
[0011] Die jeweiligen Ströme, also die Steuerströme und/oderder Injektionstrom, werden durch Modulation der aktiven Bauelemente in der dreipoligen Schaltung eingestellt. Die Schaltvorgänge zur Modulation von Strömen mittels aktiver Bauelemente sind in der Leistungselektronik an sich bekannt. Durch die zu den Schalteinheiten in Reihe geschalteten Induktivitäten werden die Ströme geglättet und eine Einprägung von pulsförmigen Strömen in den gleichstromseitigen Ausgang kann vermieden werden. Die Drossel am gleichstromseitigen Ausgang führt sowohl die Gleichrichterströme als auch die eingeprägten Steuerströme und sorgt für kontinuierliche Verläufe der Ausgangsgrößen.
[0012] Zur zusätzlichen Glättung der Gleichrichterausgangsspannung bzw. des Gleichrichterausgangsstromes wird ferner vorgeschlagen, dass das Schaltelement und der erste Polanschluss der dreipoligen Schaltung über eine erste Induktivität miteinander verbunden sind.
[0013] Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand von zwei Ausführungsbeispielen mithilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen hierbei die [0014] Fig. 1 eine Gleichrichterschaltung gemäß dem Stand der Technik, [0015] Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung, [0016] Fig. 3a den Verlauf der dreiphasigen Netzspannungen am netzseitigen Eingang der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, [0017] Fig. 3b den Verlauf der dreiphasigen Netzströme am netzseitigen Eingang der erfin-dungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, [0018] Fig. 3 c den Verlauf eines Steuerstroms icp einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, [0019] Fig. 3d den Verlauf eines Steuerstroms icn einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, [0020] Fig. 3e den Verlauf eines Injektionsstroms ih3 der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, [0021] Fig. 3f den Verlauf der Mittelpunktspannung uMn der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß Figur 2, und die [0022] Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung.
[0023] Die Fig. 1 zeigt eine bekannte Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung 1 von Halbleiterventilen 2, eine (Sechspuls-) Brückengleichrichtanordnung mit Dioden, sowie mit einer gleichstromseitigen Drossel 7. Die Gleichrichterschaltung umfasst einen netzseitigen Eingang 3 und einen gleichstromseitigen Ausgang 4, wobei am netzseitigen Eingang 3 die Phasen U,V,W ausgeführt sind, und am gleichstromseitigen Ausgang 4 eine positive Ausgangsleitung PDC und eine negative Ausgangsleitung NDC. An der Gleichrichtanordnung 1 liegt eine gleichgerichtete Spannung Urec an, wobei am Ausgang eine konstante Ausgangsspannung U0 entsteht. In der Figur 1 ist netzseitig ein Neutralpunkt N, das Massen-Potential des Netzes, dargestellt. Am gleichstromseitigen Ausgang 4 ist mit den Ausgangsleitungen PDC, NDC eine Last 6, dargestellt als variabler Widerstand, verbunden, die eine zeitlich veränderliche Leistung P0(t) aufnimmt. Des Weiteren ist am gleichstromseitigen Ausgang 4 zwischen den Ausgangsleitungen Pdc,NDc üblicherweise ein Ausgangskondensator C0 vorgesehen. Die Last 6 wird in den weiteren Figuren nicht dargestellt, da der Anschluss an der jeweiligen selben Stelle wie in Figur 1 erfolgt. Die gesamte Leistung der Last 6 wird über die Drossel 7 vom Netz zum Gleichrichterausgang transportiert, wobei die für die dargestellte dreiphasige Diodenbrücke mit Halbleiterventilen 2 typischen Halbwellen der Ausgangsspannung durch eine Drossel 7 in Kombination mit einem Ausgangskondensator C0 geglättet wird.
[0024] Die Gleichrichterschaltung weist dennoch, je nach Dimensionierung der angeordneten Drossel 7, mehr oder weniger pulsförmige Eingangsströme mit stromlosen Lücken am netzseitigen Eingang 3 auf und verursacht daher unerwünschte Netzrückwirkungen, wobei ein geforderter THDi der Eingangsströme mitunter nicht erreicht werden kann.
[0025] Um das THDi zu verbessern, kann etwa eine Gleichrichterschaltung gemäß Figur 1 vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung mit einer Gleichrichtanordnung 1 weist zusätzlich eine dreipolige Schaltung 5 auf. Die dreipolige Schaltung 5 weist einen ersten Polanschluss A, einen zweiten Polanschluss B und einen dritten Polanschluss C auf. Der erste Polanschluss A ist mit Schaltelementen Si,S2,S3 zumindest zu je einer Phase U,V,W am netzseitigen Anschluss zuschaltbar. Der zweite Polanschluss B ist mit der positiven Ausgangsleitung PDC verbunden, und zwar noch bevor die Drossel 7 die Verbindung zur Last 6 herstellt. Der dritte Polanschluss C ist mit der negativen Ausgangsleitung NDc verbunden.
[0026] Mit den Schaltelementen Si,S2,S3 wird jeweils eine Phase U,V,W mit dem Polanschluss A der dreipoligen Schaltung 5 verbunden, wobei ein Strompfad für die einen Injektionsstrom ih3 zur Verfügung gestellt wird. Über die Polanschlüsse B,C fließen Steuerströme icp,iCn an den gleichstromseitigen Ausgang 4. Am netzseitigen Eingang 3 werden durch die Einprägung des Injektionsstroms ih3 Netzverzerrung vermieden. Der für sinusförmige Eingangsströme erforderliche Injektionsstrom setzt sich aus Abschnitten der gewünschten sinusförmigen Eingangsströme zusammen und weist annähernd dreiecksförmigen Verlauf auf.
[0027] Die dreipolige Schaltung 5 gemäß der Gleichrichterschaltung nach Figur 1 verwendet einen unidirektionalen 3-Level Brückenzweig bestehend aus den beiden Gleichrichterdioden Dh3+ und Dh3. auf einem ersten Zweig Ζλ und einem bidirektionalen Schalter Sh3 von einem ersten Mittelpunktanschluss Mi zu einem zweiten Mittelpunktanschluss M2, wobei die Dioden Dh3+,Dh3- den ersten Mittelpunktanschluss Mi mit den positiven und negativen Anschlüssen der Pufferkondensatoren CCp,CCn verbinden, welche Pufferkondensatoren am zweiten Zweig Z2 vorgesehen sind. Durch den bidirektionalen Schalter Sh3 wird der erste Mittelpunktanschluss Mi durch einschalten des bidirektionalen Schalters Sh3 mit dem zweiten Mittelpunktanschluss M2 und damit über eine leitende Verbindung auch mit dem Mittelpunkt M der dreipoligen Schaltung 5 verbunden. Ferner sind in einem dritten Zweig Z3 zwei Halbbrücken mit den vier steuerbaren Halbleiterventilen Scp+,SCp-,Scn+,Scn- vorgesehen, wobei die positiven und negativen Anschlüsse der beiden Halbbrücken mit den Pufferkondensatoren CCp,CCn verbunden sind. Die Polanschlüsse B und C der dreipoligen Schaltung sind zwischen jeweils einem ersten Paar SCp+,SCp-und einem zweiten Paar Scn+,Scn- von steuerbaren Halbleiterventilen vorgesehen. Durch geeignete Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterventile Scp+,SCp-,Scn+,Scn- der beiden Halbbrücken und des 3-Level Brückenzweiges können die Ströme ih3,iCp,icn geregelt werden.
[0028] Des Weiteren weist die Gleichrichterschaltung gemäß Figur 1 am netzseitigen Eingang 3 mit den Phasen U,V,W verbundene, stern- oder dreieckförmig angeordnete Filterkondensatoren CF auf. Die Filterkondensatoren CF sind sternförmig um einen Sternpunkt MCF angeordnet. Der Sternpunkt MCF ist weiters mit einem Ableitkondensator CBF mit einem Mittelpunkt M der dreipoligen Schaltung 5 verbunden. Diese Verbindung des netzseitigen Eingangs 3 mit einem Ableitkondensator CBF über die Filterkondensatoren CF, erlaubt hochfrequente Fehlerströme if, ent stehend durch die hochfrequenten Schaltvorgänge in der dreipoligen Schaltung 5, abfließen zu lassen, was insbesondere Vorteile aufweist, wenn alle drei Ströme ih3, icp, und icn der dreipoligen Schaltung 5 mit eigens ausgeführten Regler geregelt werden. Der Anschluss des Ableitkondensator CBf wird jedoch nicht als weiterer, vierter Polanschluss der dreipoligen Schaltung 5 angesehen, da die abgeleiteten Fehlerströme if hochfrequent und vergleichsweise klein gegenüber den Strömen in den Polanschlüssen A,B,C sind.
[0029] Jeder der Polanschlüsse A,B,C ist gemäß Figur 1 mit einer Induktivität Lh3,Lcp,Lcn verbunden, welche zum Führen der beiden Steuerströme icp, icn und des Injektionsstromes ih3 verwendet werden. Es werden auf diese Weise mindestens zwei der drei Ströme ih3,icp,iCn geregelt, wobei sich der dritte Strom aufgrund der zwingenden Stromsumme null ergibt.
[0030] Zur Vereinfachung des schaltungstechnischen Aufwandes wird erfindungsgemäß eine Gleichrichterschaltung gemäß der Fig. 2 vorgeschlagen. Hierbei bildet der erste Polanschluss A einen Mittelpunktanschluss M zweier Schaltzweige zum zweiten Polanschluss B und zum dritten Polanschluss C, wobei die beiden Schaltzweige jeweils aus zumindest zwei in Reihe geschalteten zweipoligen Schalteinheiten HB, mit i=1,2,3...N und N > 2 sowie einer zu den Schalteinheiten HB, in Reihe geschalteten Induktivität Lcp, Lcn gebildet werden, von denen jeweils zumindest eine Schalteinheit FHB, mit i=1,2,3...K in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen S ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ein Pufferkondensator Cc angeordnet ist, und zumindest eine Schalteinheit hHBj mit i=1,2,3...L und L+K=N in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile S ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ebenfalls ein Pufferkondensator Cc angeordnet ist. Die als Halbbrücken ausgeführten Schalteinheiten hHB, weisen somit jeweils einen Pufferkondensator Cc auf, dem eine Reihenschaltung zweier steuerbarer Halbleiterventile S elektrisch parallel geschalten ist, und ein Anschluss des Pufferkondensators Cc und ein Verbindungspunkt der beiden Halbleiterventile S jeweils die Anschlüsse der zweipoligen Schalteinheit hHBj bilden.
[0031] Jede Schalteinheit hHB, kann in drei unterschiedliche Schaltzustände gesteuert werden. In einem ersten Schaltzustand ist der Wert des Spannungsabfalls an der betreffenden Schalteinheit hHB, unabhängig von der Stromrichtung gleich null. In einem zweiten Schaltzustand ist der Spannungswert unabhängig von der Stromrichtung gleich dem Wert der Spannung ihres Pufferkondensators Cc. In einem dritten Schaltzustand ist der Spannungswert unabhängig von der Stromrichtung so gerichtet, dass die betreffende Schalteinheit hHBi keine Energie abgibt. Die zumindest eine als Vollbrücke ausgeführte Schalteinheit FHBi dient dazu, auch negative Spannungen zu ermöglichen, wobei in der Regel lediglich eine als Vollbrücke ausgeführte Schalteinheit FHBi ausreichend ist. Daher wird auch vorgeschlagen, dass in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit FHBi in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen S vorgesehen ist, sowie mehrere Schalteinheiten hHBi in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile S.
[0032] Erfindungsgemäß können somit je nach Bedarf eine unterschiedliche Anzahl der Schalteinheiten HBi in Reihe geschalten werden, um die den Ausgangsleitungen PDC, NDC des gleichstromseitigen Ausganges zugeführten Steuerströme icp, icn auf gewünschte Weise zu formen. Zudem können aufgrund der Reihenschaltung der Schalteinheiten HB, Transistoren mit vergleichsweise niedriger Sperrspannung für die Halbleiterventile S verwendet werden.
[0033] Zur zusätzlichen Glättung der Gleichrichterausgangsspannung bzw. des Gleichrichterausgangsstromes kann ferner vorgesehen sein, dass das Schaltelement S^ S2, S3 und der erste Polanschluss A der dreipoligen Schaltung über eine erste Induktivität Lh3 miteinander verbunden sind.
[0034] Die Fig. 3a zeigt zunächst den Verlauf der dreiphasigen Netzspannungen am netzseitigen Eingang der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung gemäß der Figur 2 und die Fig. 3b den Verlauf der dreiphasigen Netzströme am netzseitigen Eingang der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung. In der Fig. 3c ist der Verlauf eines Steuerstroms icp der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung dargestellt, wie er der positiven Ausgangsleitung PDC zugeführt wird, und in der Fig. 3d der Verlauf eines Steuerstroms icn, wie er der negativen Ausgangslei- tung NDc zugeführt wird. Die Fig. 3e zeigt den Verlauf eines Injektionsstroms ih3 der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung und die Fig. 3f den Verlauf der Mittelpunktspannung UMn- [0035] Eine besonders einfache Schaltungsanordnung mit niedrigem Schaltungsaufwand kann etwa gemäß Fig. 4 verwirklicht werden, indem in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit FHBi (K=1, N=2) in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen S vorgesehen ist, sowie genau eine Schalteinheit hHB, (L=1) in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile S. Mithilfe der Erfindung gelingt es somit eine möglichst optimale Gleichrichtung bei gleichzeitiger Vermeidung der Netzverzerrungen zu erreichen, wobei die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung flexibel konfigurierbar ist und somit reduzierten Schaltungsaufwand ermöglicht, wobei sie insbesondere gute Anwendbarkeit auch im Mittelspannungsbereich bietet.
Claims (4)
1. Gleichrichterschaltung mit einer dreiphasigen Gleichrichtanordnung (1) von Halbleiterventilen (2), vorzugsweise einer Brückengleichrichterschaltung von Dioden, wobei die Gleichrichtanordnung (1) einen dreiphasigen netzseitigen Eingang (3) und einen gleichstromseitigen Ausgang (4) aufweist, und jede der drei Phasen (U,V,W) am netzseitigen Eingang (3) jeweils mit einem Schaltelement {S^, S2, S3) zu einem ersten Polanschluss (A) einer dreipoligen Schaltung (5) zuschaltbar ist, und ein zweiter und dritter Polanschluss (B,C) der dreipoligen Schaltung (5) jeweils mit einer Ausgangsleitung (PDc,NDc) des gleichstromseitigen Ausganges (4) verbunden ist, und zumindest eine Drossel (7) an einer der Ausgangsleitungen (Pdc,Ndc) am gleichstromseitigen Ausgang (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polanschluss einen Mittelpunktanschluss (M) zweier Schaltzweige zum zweiten und dritten Polanschluss (B, C) bildet, wobei die beiden Schaltzweige jeweils aus zumindest zwei in Reihe geschalteten zweipoligen Schalteinheiten (HBj, mit i=1,2,3...N und N > 2) sowie einer zu den Schalteinheiten (HB,) in Reihe geschalteten Induktivität (Up, Un) gebildet werden, von denen jeweils zumindest eine Schalteinheit (FHBi) in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen (S) ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ein Pufferkondensator (Cc) angeordnet ist, und zumindest eine Schalteinheit (hHBi) in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile (S) ausgeführt ist, in deren Brückenzweig ein Pufferkondensator (Cc) angeordnet ist.
2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit (FHB) in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen (S) vorgesehen ist, sowie mehrere Schalteinheiten (hHBi) in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile (S) vorgesehen sind.
3. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Schaltzweig genau eine Schalteinheit (FHB) in Form von vier als Vollbrücke geschalteten, steuerbaren Halbleiterventilen (S) vorgesehen ist, sowie genau eine Schalteinheit (hHB) in Form zweier als Halbbrücke geschaltete, steuerbare Halbleiterventile (S).
4. Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement {Si, S2, S3) und der erste Polanschluss (A) der dreipoligen Schaltung (5) über eine erste Induktivität (Lh3) miteinander verbunden sind. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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